时序逻辑电路特点
同步时序逻辑电路
4）选择触发器的类型及个数（2n-1M 2n，其中M是电 路包含的状态个数）。 5）求电路的输出方程及各触发器的驱动方程：根据各触 发器的次态方程，二进 制状态表求出触发器的激励函数 表达式和电路的输出函数表达式，并予以化简。 6）画逻辑电路图，并检查自启动能力。
五、画逻辑电路图：
1）先画出所选的触发器，并按状态表中状态变量的顺序 给触发器编号。 2）根据激励函数、输出函数写出组合逻辑图。 3）最后画出同步时钟信号线。
二、状态化简：
1、隐含表法：基本思想：先对原始状态表中的所有状态两两 比较，找出等效状态对；然后利用等效关系的传递性，得到 等效类和最大等效类；最后将最大等效类中的状态合并，得 到最小化状态表。
2、步骤：1）作隐含表：隐含表是一个直角三角形网格，横 向和纵向格数相同，即等于原始状态表中的状态数减1。隐含 表中的方格是用状态名称来标注的，即横向从左到右按原始 状态
1）设立初始状态：（时序逻辑电路在输入信号开始作用之 前的状态称为初始状态）。
首先设立初始状态，然后从初始状态出发考虑在各输入作用 下的状态转移和输出响应。
2）根据需要记忆的信息增加新的状态。 应根据问题中要求记忆和区分的信息去考虑设立每一个状态。 一般说来，若在某个状态下出现的输入信号能用已有状态表 示时，才令其转向新的状态。
例4 ， P224
§6.1 时序逻辑电路的基本概念
一、时序逻辑电路的基本结构及特点：
1、基本结构：由组合电路和存储电路（延迟元件和触 发器），两部分组成。
2、逻辑关系：1）输出方程Z=F1（X，Qn）；2）驱动 方程（激励函数）：Y=F2（X，Qn）；3）状（次） 态方程：Qn+1=F3(Y,Qn)。 3、特点：1）它由组合电路和存储电路组成。2）时序 逻辑电路中存在反馈，因而电路的工作状态与时间因 素相关，即时序电路的输出由电路的输入和电路原来 的状态共同决定。
时序逻辑电路分类
时序逻辑电路分类介绍时序逻辑电路是一种用于处理时序信号的电路，它由逻辑门和存储元件组成。
时序逻辑电路按照其功能和结构的不同，可以分为多种类型。
本文将对时序逻辑电路的分类进行全面、详细、完整和深入的探讨。
一、根据功能分类1. 同步时序逻辑电路同步时序逻辑电路是指其数据在同一个时钟上升沿或下降沿进行传递和存储的电路。
这类电路广泛应用于计算机中的寄存器、时钟驱动器和状态机等。
同步时序逻辑电路具有可靠性高、稳定性强的特点。
2. 异步时序逻辑电路异步时序逻辑电路是指其数据不依赖时钟信号而进行传递和存储的电路。
这种电路在通信系统中常用于数据传输和处理，如异步串行通信接口（UART）。
异步时序逻辑电路具有处理速度快和实时性强的特点。
二、根据结构分类1. 寄存器寄存器是一种时序逻辑电路，用于存储和传递数据。
寄存器通常采用D触发器作为存储元件，可以实现数据的暂存和移位操作。
寄存器广泛应用于计算机的数据存储和寄存器阵列逻辑器件（RALU）等。
2. 计数器计数器是一种时序逻辑电路，用于生成特定的计数序列。
计数器可以按照时钟信号对计数进行增加或减少，并可以在达到指定计数值时触发其他操作。
计数器被广泛应用于时钟发生器、频率分频器和时序控制等电路中。
3. 时序控制器时序控制器是一种时序逻辑电路，用于控制其他电路的时序和操作。
时序控制器根据输入的控制信号和当前的状态，通过逻辑运算和状态转移进行运算和控制。
时序控制器被广泛应用于计算机的指令译码和状态机的设计中。
三、根据存储方式分类1. 同步存储器同步存储器是一种时序逻辑电路，用于存储和读取数据。
同步存储器是在时钟信号作用下进行数据存取的，并且数据的读取和写入操作都在时钟的上升沿或下降沿进行。
同步存储器主要包括静态随机存储器（SRAM）和动态随机存储器（DRAM）等。
2. 异步存储器异步存储器是一种时序逻辑电路，用于存储和读取数据。
与同步存储器不同的是，异步存储器的读取和写入操作不依赖时钟信号，而是由数据访问信号和存储器内部的同步电路进行控制。
第6章 时序逻辑电路
J 和 K 接为互反，相当于一个D触发器。时钟相连 是同步时序电路。
电路功能： 有下降沿到来时，所有Q端更新状态。
2、移位寄存器 在计算机系统中，经常要对数据进行串并转换，移 位寄存器可以方便地实现这种转换。
左移移位寄存器
•具有左右移位功能的双向移位寄存器
理解了前面的左移移位寄存器，对右移移位寄存器 也就理解了，因位左右本身就是相对的。实际上，左右 移位的区别在于：N触发器的D端是与 Q N+1相连，还是 与Q N-1相连。
第六章 时序逻辑电路
如前所述，时序逻辑电路的特点是 —— 任一时刻 的输出不仅与当前的输入有关，还与以前的状态有关。
时序电路以触发器作为基本单元，使用门电路加以 配合，完成特定的时序功能。所以说，时序电路是由组 合电路和触发器构成的。
与学习组合逻辑电路相类似，我们仍从分析现成电 路入手，然后进行时序逻辑电路的简单设计。
状态化简 、分配
用编码表示 给各个状态
选择触发器 的形式
确定各触发器 输入的连接及 输出电路
NO 是否最佳 ？
YES
设计完成
下面举例说明如何实现一个时序逻辑的设计：
书例7-9 一个串行输入序列的检测电路，要求当序
列连续出现 4 个“1”时，输出为 1，作为提示。其他情 况输出为 0。
如果不考虑优化、最佳，以我们现有的知识可以很
第二步： 状态简化
前面我们根据前三位可能的所有组合，设定了 8 个
状态A ~ H，其实仔细分析一下，根本用不了这么多状态。
我们可以从Z=1的可能性大小的角度，将状态简化为
4 个状态：
a
b
c
d
A 000
B 100
D 110
数字电子技术基础-第六章_时序逻辑电路(完整版)
T0 1
行修改，在0000 时减“1”后跳变 T1 Q0 Q0(Q3Q2Q1)
为1001，然后按
二进制减法计数
就行了。T2 Q1Q0 Q1Q0 (Q1Q2Q3 )
T3 Q2Q1Q0
50
能自启动
47
•时序图 5
分 频
10 分 频c
0
t
48
器件实例：74 160
CLK RD LD EP ET 工作状态 X 0 X X X 置 0（异步） 1 0 X X 预置数（同步） X 1 1 0 1 保持（包括C） X 1 1 X 0 保持（C=0） 1 1 1 1 计数
49
②减法计数器
基本原理：对二进 制减法计数器进
——74LS193
异步置数 异步清零
44
（采用T’触发器，即T=1）
CLKi
CLKU
i 1
Qj
j0
CLKD
i 1
Qj
j0
CLK0 CLKU CLKD
CLK 2 CLKU Q1Q0 CLK DQ1Q0
45
2. 同步十进制计数器 ①加法计数器
基本原理：在四位二进制 计数器基础上修改，当计 到1001时，则下一个CLK 电路状态回到0000。
EP ET 工作状态
X 0 X X X 置 0（异步）
1 0 X X 预置数（同步）
X 1 1 0 1 保持（包括C）
X 1 1 X 0 保持（C=0）
1 1 1 1 计数
39
同步二进制减法计数器 原理：根据二进制减法运算 规则可知：在多位二进制数 末位减1，若第i位以下皆为 0时，则第i位应翻转。
Y Q2Q3
时序逻辑电路的特点
时序逻辑电路的特点1.时序性：时序逻辑电路在工作中依赖于时间序列，根据输入信号的变化以及内部的时钟信号来确定输出信号的变化。
这种时序性使得时序逻辑电路能够实现存储和处理连续流的数据。
2.存储能力：时序逻辑电路能够存储一定量的输入数据，并根据时钟信号进行同步更新。
这使得时序逻辑电路可以实现各种存储功能，如寄存器、计数器和存储器等。
3.时钟信号的重要性：时序逻辑电路的工作主要依赖于时钟信号，时钟信号的变化决定了电路中各个存储单元的读写操作和状态转换。
时钟信号的频率和占空比等特性将直接影响时序逻辑电路的稳定性和性能。
4.状态的存储和转换：时序逻辑电路中的存储单元通常由触发器组成，可以存储不同的状态值。
这些状态值根据输入信号和时钟信号的变化而相互转换，从而实现电路的功能。
5.反馈和自激振荡：时序逻辑电路中的一些电路结构能够实现反馈机制，即输出信号可以作为输入信号的一部分，经过多次循环反馈来实现一些特定的功能，如自激振荡和时钟信号生成等。
6.高度集成：随着半导体制造技术的发展，时序逻辑电路可以以微米或纳米级别的尺寸实现高度集成，以满足不同应用场景对电路规模和工作速度的要求。
7.异步和同步：时序逻辑电路可以分为异步和同步两种类型。
异步电路是根据输入信号的变化来更新输出信号，不依赖时钟信号；而同步电路则需要时钟信号的触发来进行同步更新，具有更高的稳定性和可靠性。
8.时序分析的复杂性：由于时序逻辑电路中各个存储单元的状态转换以及时钟信号的传播延迟等因素，时序分析变得更加复杂。
在设计和测试时序逻辑电路时，需要考虑信号的时序关系、时钟边沿的触发时机等问题，以确保电路的正确性和性能。
9.应用广泛：时序逻辑电路是数字电路中的核心部分，广泛应用于计算机、通信、控制系统、嵌入式系统等各个领域。
同时，时序逻辑电路也是现代大规模集成电路的基础，影响着数字电路技术的发展。
总结来说，时序逻辑电路具有时序性、存储能力、时钟信号的重要性、状态的存储和转换、反馈和自激振荡、高度集成、异步和同步、时序分析的复杂性以及广泛的应用等特点。
数字电子技术第6章 时序逻辑电路
RD—异步置0端（低电平有效） 1 DIR—右移串行输入 1 DIL—左移串行输入 S0、S1—控制端 1 D0D1 D2 D3—并行输入
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4、扩展：两片74LS194A扩展一片8位双向移位寄存器
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例6.3.1的电路 （P276) 74LS194功能 S1S0=00,保持 S1S0=01,右移 S1S0=10,左移 S1S0=11,并入
（5）状态转换图
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小结
1、时序逻辑电路的特点、组成、分类及描述方法； 2、同步时序逻辑电路的分析方法； 课堂讨论： 6.1，6.4
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6.3 若干常用的时序逻辑电路
寄存器和移位寄存器 时序 逻辑电路 计数器 顺序脉冲发生器 序列信号发生器
移位寄存器不仅具有存储功能，且还有移位功能。 可实现串、并行数据转换，数值运算以及数据处理。 所谓“移位”，就是将寄存器所存各位数据，在每个移 位脉冲的作用下，向左或向右移动一位。
2、类型： 根据移位方向，分成三种：
左移 寄存器 (a) 右移 寄存器 (b) 双向 移位 寄存器 (c)
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学习要求 ：
* *
自学掌握
1. 掌握寄存器和移位寄存器的概念并会使用； 2. 掌握计数器概念，熟练掌握中规模集成计数器74161 和74160的功能，熟练掌握用160及161设计任意进制计 数器的方法。
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6.3.1寄存器和移位寄存器
一、寄存器
寄存器是计算机的主要部件之一， 它用来暂时存放数据或指令。
数字电路与逻辑设计第5章时序逻辑电路
(b) 74194构成扭环形计数器
Q and A Q ：电路是否具备自启动特性？请检验。
77
➢ 检验扭环形计数器的自启动特性
模值M＝2n=2×4=8 状态利用率稍高；环 形计数器和扭环形计 数器都具有移存型的 状态变化规律，但它 们都不具有自启动性
10
分析工具 常见电路
状态转移真值表 状态方程 状态转移图 时序图
数码寄存器 移位寄存器 同步计数器 异步计数器
11
5.2.1 时序逻辑电路的分析步骤
12
例1:分析图示时序逻辑电路
解 ➢ 1. 写激励方程:
13
➢ 2. 写状态方程和输出方程:
根据JK触发器特性方程：Qn1 J Qn K Qn
LD
置入控制输入
CP
时钟输入
CR
异步清0输入
CTT ，CTP 计数控制输入
输出端子
Q0～Q3 数据输出
CO
进位输出
CO
Q3n
Q
n 2
Q1n
Q0n
26
➢ 功能表:
27
2.十进制同步计数器（异步清除）74160
➢ 逻辑符号: ➢ 功能表:
CO Q3n Q0n
28
3.4位二进制同步计数器（同步清除）74163
51
1.二-五-十进制异步计数器7490
52
CT7490： 2-5-10进制异步计数器
4个触发器（CP1独立触发FF0实现二分频，
CP2独立触发FF1、FF2、FF3构成的五分频计数器）
异步清0输入 R01、 R02
异步置9输入 S91、S92
可实现 8421BCD 和 5421BCD计数
《时序逻辑电路分析》课件
采用低功耗、高速的触发器设计，减少资源占用。
提高工作速度的优化方法
并行处理
通过并行处理技术，提高电路的工作 速度。
时钟分频与倍频
根据电路的工作频率需求，合理选择 时钟的分频与倍频方案，以优化工作 速度。
THANKS
感谢观看
REPORTING
PART 03
时序逻辑电路的设计
REPORTING
同步设计法
01
同步设计法定义
同步设计法是一种基于时钟信号 的设计方法，用于构建时序逻辑
电路。
03
优点
同步设计法具有较高的可靠性和 稳定性，能够实现复杂的逻辑功
能。
02
工作原理
在同步设计法中，所有操作都严 格在时钟信号的驱动下进行，保 证了电路的稳定性和可靠性。
《时序逻辑电路分析 》PPT课件
REPORTING
• 时序逻辑电路概述 • 时序逻辑电路的分析方法 • 时序逻辑电路的设计 • 时序逻辑电路的应用 • 时序逻辑电路的优化设计
目录
PART 01
时序逻辑电
时序逻辑电路的定义、特点
时序逻辑电路的特点包括
具有记忆功能、具有时钟信号控制、具有输入信号和输出信号等。
时序逻辑电路的基本组成
时序逻辑电路由触发器、组合逻 辑电路和时钟信号源三部分组成 。
组合逻辑电路用于实现输入信号 到输出信号的逻辑变换，主要由 门电路组成。
总结词：时序逻辑电路的基本组 成
触发器是时序逻辑电路中的核心 元件，用于存储状态信息，常见 的触发器有RS触发器、D触发器 、JK触发器和T触发器等。
04
异步时序逻辑电路是指触发器的时钟输入端接在不同的时钟源上，时 钟信号独立作用于各个触发器，实现状态异步转换。
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时序逻辑电路特点
什么是时序逻辑电路？
时序逻辑电路是数字电路中的一种重要类型，它是通过将逻辑门与时钟信号结合起来，实现对输入信号状态的记忆和控制。
时序逻辑电路能够对输入信号进行存储、延迟和触发，通过时钟信号的作用，在特定的时间进行功能运算和状态转换。
时序逻辑电路的基本单元
时序逻辑电路的基本单元是触发器（Flip-Flop）。
触发器是一种具有两个稳定状
态（0和1）的存储设备，可以将输入信号的状态在时钟信号的控制下保持不变，
直到下一次时钟信号的到来。
常见的触发器有RS触发器、D触发器、JK触发器和
T触发器等。
时序逻辑电路的特点
1.存储能力：时序逻辑电路能够存储上一时钟周期内的输入信号状态，在下一
时钟周期进行处理。
通过触发器的稳定状态保持，可以实现各种功能的状态
记忆和控制。
2.时序性：时序逻辑电路在不同的时间阶段对输入信号进行处理和响应，它可
以根据时钟信号的控制，在特定的时间点进行状态转换、数据传输和计算操
作。
3.同步性：时序逻辑电路的操作是由外部时钟信号驱动的，同步性很强。
所有
触发器的时钟输入端连接在一起，通过时钟信号的上升或下降沿，触发器的
状态同时发生变化，实现电路中各部分的同步动作。
4.可插拔性：时序逻辑电路的设计灵活，可以根据具体要求进行组合和连接。
各种触发器可以根据需要的功能进行选择和应用，同时也可以通过级联和并
联的方式构建复杂的时序逻辑电路。
5.实现复杂功能：时序逻辑电路可以通过组合和连接基本的触发器，实现各种
复杂的功能和算法。
例如，时序逻辑电路可以用于实现计数器、移位寄存器、状态机、序列检测器等。
6.时延存在：由于时序逻辑电路中的触发器在时钟的作用下才会发生状态改变，
所以在信号传输和处理过程中会引入一定的时延。
时序逻辑电路的时延是由
信号传播延迟、触发器响应时间等因素决定的。
时序逻辑电路的应用
时序逻辑电路广泛应用于各种数字系统和电子设备中，其特点使得它适合处理与时间相关的问题。
以下是一些常见的应用场景：
1.计数器：时序逻辑电路可用于实现各种计数器，如二进制计数器、BCD计数
器等。
计数器广泛应用于时序控制、频率分频、时序检测等场景。
2.时钟分频器：时序逻辑电路可用于实现时钟的分频，将高频时钟信号转换为
低频时钟信号，满足不同部分的时序要求。
3.状态机：时序逻辑电路可以用于实现状态机，实现复杂的状态转换和控制逻
辑。
状态机广泛应用于数字通信、硬件加密和协议处理等领域。
4.递进逻辑电路：时序逻辑电路可用于实现递进逻辑操作，如移位寄存器、串
行通信协议等。
递进逻辑电路广泛应用于数据处理和通信领域。
5.时序检测电路：时序逻辑电路可用于实现时序检测和序列识别功能，如序列
检测器、序列生成器等。
时序检测电路广泛应用于数据通信、网络协议和安
全认证等领域。
总结
时序逻辑电路通过将逻辑门和触发器结合起来，实现对输入信号状态的存储和控制。
它具有存储能力、时序性、同步性、可插拔性和实现复杂功能等特点。
时序逻辑电路广泛应用于计数器、时钟分频器、状态机、递进逻辑电路和时序检测电路等领域。
了解时序逻辑电路的特点和应用，有助于我们更好地理解和设计数字电路系统。